摘 要:本文簡要介紹了預應力鋼筒混凝土管( PCCP) 的結構特點,分析了其與傳統管材相比的優勢,綜述了其在國內外的發展情況,全面介紹了預應力鋼筒混凝土管在內蒙古自治區給水工程中的應用情況,最后對預應力鋼筒混凝土管在內蒙古自治區的使用現狀進行了總結并對未來的發展情況進行了預期。
關鍵詞:預應力鋼筒混凝土管;結構特點;給水工程;應用
中圖分類號: TU757. 3 (226) 文獻標識碼:A 文章編號:1007 —6921 (2006) 21 —0086 02
1 預應力鋼筒混凝土管的結構
預應力鋼筒混凝土管( Prest ressed ConcreteCylinder Pipe ,以下簡稱為PCCP) 是一種目前世界上廣泛使用的大口徑壓力管材。從結構上看,PCCP是鋼—混凝土復合管材。PCCP 采用薄鋼板卷制的鋼筒與鋼制承、插口鋼圈焊接成完整的鋼筒體,口徑不大于DN1400mm 時,采用離心法在鋼筒內澆筑一層混凝土內襯層構成管芯; 口徑大于DN1400mm時,采用立式振動成型法在鋼筒內外同時澆筑混凝土構成管芯,接著在管芯外圓上纏繞高強度預應力鋼絲,最后在鋼絲上均勻的噴射一層水泥砂漿保護層而組成。
圖1 PCCP 結構圖
2 預應力鋼筒混凝土管相比傳統管材具有的優點
PCCP 能夠在世界上得到廣泛應用,得益于其相比傳統管材所具有突出的優點,總結起來,有如下6 項優點:
2. 1 抗腐蝕、壽命長
由于構成PCCP 的所有鋼材均被密實的混凝土所包裹,經防腐處理的承、插口安裝后其外露部分又用砂漿灌注封口,由混凝土和砂漿提供的高堿性環境使PCCP 內部的鋼材鈍化,從而有效的防止了鋼材的腐蝕,避免水質的二次污染。目前國內業界公認的PCCP 的使用壽命可達50 年。在國際上,各國通常采用美國水工協會耐腐蝕委員會的研究數據,認為PCCP 的使用壽命可達到75～100 年。如美國普萊斯. 兄弟公司于1943 年生產的PCCP 至今仍在正常使用。相比之下,金屬管材只有20～30 年的設計使用壽命。
2. 2 抗內、外壓能力強
PCCP 屬于剛性管材,除了結構本身的剛度外,管芯外纏的高強預應力鋼絲為管材施加了預加剛度,增加了管體抵抗內水壓力與外荷載壓力的能力,而管芯中的鋼筒解決了管材的抗滲問題。得益于優良的結構,設計人員可以輕易的設計出覆土等級10m ,工作壓力達到3. 0MPa 的PCCP。相比之下,傳統的水泥壓力管在在工程中的應用基本上不超過0. 8MPa。
2. 3 壓力損失低
PCCP的內壁光滑,糙度系數取值在0 . 0 1～0. 012 間,且不隨時間惡化;混凝土內壁不結銹瘤、不結垢,保證了很小的摩擦系數,管線可以保持很高的通水能力。金屬管材由于內壁易銹蝕、結銹瘤、結垢,使用一段時間之后就會出現通水能力降低,水質受污染的問題。
2. 4 施工方便、安裝簡單、密封可靠
PCCP 是剛性管,對管基的處理沒有特殊的要求,大部分工程對管基只要求槽底平整即可,施工非常方便。而柔性管(如鋼管) 通常要求管基礎為砂石墊層,甚至要做混凝土管基,施工相對復雜。
PCCP 的安裝采用承、插式結構,安裝便捷,根據對我區PCCP施工情況的了解, 以DN 6 0 0 mmPCCP 為例,一個作業面可以達到40 條/ 日的平均安裝速度,即每日安裝240m。山西的萬家寨引黃工程,其中43. 2 Km 的DN3000mm 的大口徑PCCP 管線,也僅用了16 個月便安裝完成,安裝進度達到90m/ 日,且經管線充水試壓檢查,8000 余個接頭無一滲漏,管線壓力平穩,工程質量可靠。
PCCP 承、插口間以橡膠密封圈來密封,接口是柔性接頭,允許接頭有0. 5°～1. 0°的轉角,具有一定的抵抗地基不均勻沉降的能力與抵抗震害的能力,如臺灣1999 年9 月21 日發生里氏7. 3 級大地震后,臺灣自來水公司對各類管線的震害情況進行了調查,發現所有管線中只有PCCP 管線無一例損害,證明了PCCP 的柔性接頭的可靠性。
2. 5 性價比高
2. 5. 1 管材價格低: PCCP 主要的競爭管種是鋼管等金屬管材,PCCP 的價格遠比鋼管低,以下為我區市場上部分規格的相同口徑與相同工作壓力的PC2CP 與鋼管價格的比較(兩種管材均含安裝費) :
表1 PCCP 與鋼管價格比較
由表1 看出, PCCP 的價格僅為鋼管價格的60 %左右,且口徑越大,價格優勢越明顯。
2. 5. 2 維護費用低:與金屬管材相比, PCCP 具有維護費用低的優點,根據國內行業內的統計,球墨鑄鐵管線的年平均運行費用約為1 670 元/ Km ,鋼管管線的年平均運行費用約為3 120 元/ Km ,而PCCP管線基本上無需維護保養。
2. 5. 3 綜合成本低:鋼管的使用壽命通常為20 年,鑄鐵管的使用壽命通常為30 年,而PCCP 的使用壽命在50 年以上,由于使用壽命平均比金屬管材長1倍,而價格僅為其60 %左右且不需維護費用,因此綜合測算,在全壽命期內,PCCP 管線的成本僅為鋼管管線的1/ 4 。
3 PCCP 在國內外的發展概況
3. 1 PCCP 在國外的發展概況
PCCP 在國外的開發應用已有半個多世紀,最早由法國Bonna 公司于1939 年生產,到了上世紀40 年代,隨著歐美競相開發, PCCP 得到了廣泛應用,美、法各國累計生產的PCCP 總量達到數十萬km。目前,世界上最著名的PCCP 工程是利比亞的號稱“大人工河”的輸水工程,一、二期工程總長度3 600 Km ,大部分是DN4000mm 的PCCP。
3. 2 PCCP 在國內的發展概況
PCCP 在國內的研究工作始于上世紀70 年代,真正大規模投入生產是在上世紀90 年代,隨即進入快速發展階段,到目前國內已建成PCCP 生產線40余條,年生產能力達到1 000 Km ,管徑從DN600mm～DN4800mm。國內最有影響的工程是國家重點南水北調工程中的PCCP 管線,總長度103 Km ,管徑DN4000mm。
4 PCCP 在內蒙古自治區的發展情況
4. 1 生產能力
內蒙古自治區建成的第一家PCCP 生產廠是于2001 年5 月投產的呼市萬聯兄弟管道有限公司,有大口徑PCCP 生產線兩條。目前,我區共有PCCP生產廠兩家,生產線三條,年生產能力約60 Km ,生產管徑從DN600mm～DN3000mm。
4. 2 工程情況
我區自2001 年引黃入呼工程開始使用PCCP管材,截至目前共建成DN600mm～DN3000mm 的PCCP 工程8 個,工程情況統計見表2 。
4. 3 市場發展情況
由于PCCP 具有顯著的優點,因此,在我區的發電廠給水管道工程中逐步得到推廣,通過實際使用,電廠工程的業主也對這種管材給予了充分的認可,目前在發電廠給水工程中有逐步取代鋼管的趨勢。但是,在我區城市與市政供水方面卻仍然是傳統的水泥管、鑄鐵管與鋼管一統天下,目前我區已建成的用于城市供水的PCCP 管道僅有引黃入呼工程的DN2000mm 管道一條。如此優秀的管材卻不能在市政供水工程中得到推廣,說明業界還需要加大推廣的力度。
表2 內蒙古自治區已建成PCCP 工程統計
5 PCCP 在內蒙古自治區的發展展望
我國人均水資源的占有量僅為世界平均水平的1/ 4 ,而在我區西部的一些地區,缺水情況極為嚴重;同時隨著城市規模的擴大,規劃部門不得不考慮到未來數十年內城市的用水需求。正如最近建設部仇保興副部長指出:“城市投資將加速地下管網建設,到2010 年我國供水建設和管網建設所需的投資總數不會少于2 萬億人民幣”。因此我區的城市供水建設和管網建設還大有可為, PCCP 在我區城市供水建設中才剛剛起步,還需要大力推廣與宣傳。最近國家發改委、科技部會同建設、水利、農業部制定的《中國節水技術政策大綱》中明確城市供水網直徑大于1. 2 m 的大口徑管優先考慮推廣PCCP。我區的PCCP 企業應抓住當前的有利時機,加速PCCPCP 在我區的另一大市場是在發電廠的給水工程中使用,這一領域目前發展情況良好,隨著我區煤電一體化戰略的實施,每年都會有數目可觀的電廠改、擴、新建工程的配套給水工程實施, PCCP 企業應通過優良的產品質量,周到的售后服務來站穩這一陣地,并逐步擴大市場份額。
總之,有理由相信PCCP 這種性能優良的管材必然將在我區得到業主的認可,并將在我區的工業與民用給水工程中得到廣泛的應用。
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